腦梗死干細胞治療取得新進展 磁共振分子探針立功勞

2018年4月5日，中山大學孫逸仙紀念醫院沈君課題組在材料科學領域的國際頂級期刊《先進功能材料》(Advanced Functional Materials，JCR一區的期刊，影響因子12.124)發表了的在腦梗死干細胞治療中對神經干細胞進行定性分化調控和可視化示蹤的研究論文。該論文因創新性強而被期刊選為當期的卷首文章(frontispieces)發表。這個研究通過沉默NgR基因和非侵入性遷移監測，揭示了超順磁性氧化鐵納米粒子和小干擾RNA可以共同遞送到神經干細胞中，從而調控干細胞定向分化能力，為提高神經干細胞治療腦梗死效果提供了新方法，為推動神經干細胞治療腦梗死盡快進入臨床提供了科學依據。

腦梗死是危害人類健康的重大疾病，是導致人類致殘的首要原因，其治療一直是臨床難題。腦梗死是由血栓堵塞腦供血動脈，導致局部腦組織血液供應障礙，造成腦組織缺血缺氧性病變壞死，神經元及神經膠質細胞死亡，進而產生相應的神經功能障礙，嚴重的可以直接導致死亡。現在認為，溶栓是治療腦梗死迅速有效的最佳選擇，且最為有效的治療是在發病早期。美國國家神經疾病與中風研究所(National Institute of Neurological Diseases and Stroke，NINDS)以及歐洲協作急性卒中研究(European Collaborative Acute Stroke Study，ECASS)等臨床研究結果都證明了腦梗死發生后3小時內使用阿替普酶(組織纖溶酶原激活劑t-PA)靜脈注射溶栓安全有效。然而，溶栓治療需要在梗死后3小時內進行，超過3小時，腦梗死治療效果差，還具有導致腦梗死區出血的風險。但是，不管在國內或國外，大約只有1/3的病人能在腦梗死后3小時時間窗內到達醫院，即使在3小時的時間窗內到達醫院的急性腦梗死患者，也僅有少數能得到及時的溶栓治療。急性期過后，腦梗死治療主要是采用一些腦保護藥物，而在慢性期，主要依靠康復、針刺等治療來進行殘疾肢體功能的恢復，這些治療方法的效果非常有限。目前，我國腦梗死患者70%～80%因為殘疾而不能獨立生活，需要長期照護，給社會、家庭帶來沉重的負擔。

沈君主任表示，神經干細胞移植是治療腦梗死的一種新模式，不受時間窗的限制。然而，問題在于，神經干細胞移植后在梗死的腦組織內并不像人們期望的分化成為神經元，起到替代死亡神經元的作用。沈君課題組發現，在動物模型中，神經干細胞移植治療腦梗死效果好，并且，初步的臨床試驗表明，神經干細胞治療安全，但治療效果并不如動物試驗中那么明顯。因此，該課題組通過利用“神經干細胞可以自我增殖更新，也可以分化成神經元與膠質細胞，將神經干細胞移植到腦梗死區，通過神經干細胞的增殖及分化，形成新的神經元，直接替代腦梗死區的神經元，重建神經環路，從而修復腦梗死造成的神經功能障礙”這一原理開始進入研究，并就“如何能在腦梗死干細胞移植中，促進神經干細胞分化為神經元以取代受損或死亡的神經細胞”給出了回答。

腦梗死發生后，壞死的腦組織釋放出大量的髓鞘相關糖蛋白、Nogo-A、少突膠質細胞-髓鞘糖蛋白，這些又稱為髓鞘相關抑制因子，它們通過共同的受體，Nogo-66受體(NgR)，對神經干細胞發揮作用，抑制了神經干細胞分化為神經元。針對神經干細胞治療腦梗死中的定向分化為神經元困難的關鍵科學問題，沈君課題組利用納米材料PEI (聚乙烯亞胺)及PDLLA (聚D,L-丙交酯)研制了一種中央為空腔，外層為一層膜的囊泡，類似一個個非常微小的乒乓球一樣，在乒乓球的空腔里面裝上顯像劑(超順磁性氧化鐵納米粒子)，這些粒子像一個個小吸鐵石，在磁共振成像機器內能發出信號，使得神經干細胞能被直接看到，在乒乓球的殼上面連上小干擾RNA，這些小干擾RNA針對性抑制NgR受體基因。

這些乒乓球大小只有約200 nm，它們的表面還帶有正電荷，神經干細胞能夠在5 h內就高效地將這些乒乓球吞進去，利用這一巧妙設計，顯像劑及小干擾 RNA被同步被輸送到神經干細胞內，進入細胞內的小干擾 RNA就可以沉默NgR基因，促進神經干細胞分化為神經元，而且顯像劑能夠使得神經干細胞在移植到腦梗死后的位置、分布及遷移能被實時觀察到。

沈君課題組運用磁共振成像進行實時精準地追蹤，保證干細胞準確輸送到梗死區，同時還能在動物活著的情況下直接看到神經干細胞的分布及移動情況。通過小干擾RNA沉默了神經干細胞的NgR基因，抑制NgR表達。測試結果顯示：經過這種乒乓球樣囊泡處理后，在培養皿里面，神經干細胞分化為神經元的比例可由3%左右提高到37%左右，提升12倍；將經過囊泡處理過的神經干細胞直接移植到腦梗死里面后，在動物腦梗死復雜環境下，神經干細胞分化為神經元的比例也可由4%左右提高到27%左右，提升6倍左右。而且，移植經過處理的神經干細胞的動物，它的四肢運動及感覺功能障礙比移植未經處理的神經干細胞恢復得更好。

中山大學孫逸仙紀念醫院沈君主任介紹說，本次研制的用于神經干細胞定向分化調控的新型囊泡，不但具有高效的調控神經干細胞向神經元分化的作用，而且還同步實現了對神經干細胞移植后的位置及分布磁共振成像實時、動態的追蹤，以保障神經干細胞精準輸送到腦梗死區，且對神經干細胞移植的安全性進行監測。同時，這種集示蹤與功能調控于一體的納米材料，在腦梗死再生醫學中具有巨大的應用前景。